fizika za osnovce
Energija
Energija je fizička veličina koja predstavlja sposobnost tela da vrši rad. To znači da je najveći rad koji telo može da izvrši jednak energiji koju ima. Energi ja se obležava slovom E, a jedinica mere kojom se izražava energija je kao i u slučaju rada džul [J].
Izvršeni rad je jednak promeni energije:
Iz prethodne formule može da se zaključi da je smisao rada u fizici i to da rad predstavlja meru promene energije tela.
Tokom vršenja rada energija tela se smanjuje za iznos izvršenog rada. Sa druge strane, ako se nad telom vrši rad njegova energija se povećava.
U fizici postoje razni oblici energije:
-
toplotne energija,
-
svetlosna energija,
-
električna energija
-
mehanička energija...
Mehanička energija obuhvata dva oblika energije: kinetičku energiju i potencijalnu energiju.
Kinetička energija
Kinetička energija je energija koju ima telo usled svog kretanja - ako se telo kreće, ono ima kinetičku energiju, ako se ne kreće telo je nema. Na primer noga fudbalera koji šutira loptu se kreće, usled udarca noge lopta počinje da se kreće (menja položaj), pa zaključujemo da je sila kojom je noga delovala na loptu izvršila rad (usled delovanja sile lopta je promenila svoje stanje kretanja, iz stanja mirovanje je prešla u stanje kretanja i zbog toga menja položaj). Pošto je izvršen nekakav rad znači da je utrošena neka energija, pa je samim tim i noga fudbalera koja šutira loptu imala nekakvu energiju usled svog kretanja. Ta energija je kinetička energija.
Kinetička energija se obeležava sa Ek, izražava se kao i svaka druga energija u džulima [J], a računa se po formuli:
Potencijalna energija
Za potencijalnu energiju se kaže da je to energija položaja. Potencijalna energija je energija je energija koju ima telo usled uzajamnog delovanja sa nekim drugim telom (i usled međusobnog delovanja molekula jednog tela). Postoje različiti oblici potencijalne energije: električna, magnetna, a nas najviše interesuje gravitaciona potencijalna energija i nastavak teksta se odnosi isključivo na gravitacionu potencijalnu energiju.
Gravitaciona potencijalna energija (u nastavku teksta ću pisati samo potencijalna energija) se javlja usled gravitacionog delovanja između tela. Pošto najviše osećamo gravitaciju planete Zemlje može se reći da je potencijalna energija energija koju ima telo usled gravitacionog delovanja sa Zemljom. Ovaj oblik energije se javlja u situacijama kada se telo nalazi na nekoj visini u odnosu na površinu Zemlje ili neki drugi nivo npr. u odnosu na pod učionice).
Potencijalna energija se obeležava Ep, a njena jedinica mere je džul [J].
Potencijalna energija nam govori o tome koliki rad će izvršiti sila Zemljine teže pri pomeranju tala od početne tačke do nivoa u odnosu na koji merimo potencijalnu energiju. Pošto je jačina sile teže Fg = mg, a pređeni put jednak visini na kojoj se nalazi telo (h) potencijalnu možemo da izračunamo pomoću formule:
Poređenje potencijalnih energija tela najčešće ima smisla samo ako se gladaju njegove potencijalne energije u odnosu na isti nivo!
Ukupna (mehanička) energija tela
Ukupna mehanička energija tela je zbir kinetičke i potencijalne nergije koju ima telo:
Ako telo ima samo kinetičku energiju, njegova ukupna energija je jednaka kinetičkoj energiji (jer je potencijalna energija jednaka nuli), a ako ima samo potencijalnu energiju, onda je ukupna energija jednaka potencijalnoj energiji (jer je kinetička energija jednaka nuli).
Zakon održanja energije
Zakon održanja energije je jedan od osnovnih zakona u prirodi.
Zakon održanja energije: energija ne može ni da se stvori ni da se uništi, ona samo može da pređe iz jednog oblika u drugi ili sa jednog tela na drugo.
Zakon održanja energije važi u izolovanim sistemima. To su sistemi koji ne razmenjuju energiju sa okolinom tj. ili nasistem ne deluju spoljašnje sile (sile čiji je izvor van sistema) ili su te sile uravnotežene ili mogu da se zanemare.
Mi ćemo da se zadržimo na održanju mehaničke energije. Kao što smo već rekli, mehanička energija obuhvata kinetičku energiju i potencijalnu energu. Zbir ove dve energije predstavlja ukupnu mehaničku energiju i prema zakonu održanja energije, ovaj zbir ostaje stalan u toku vremena, pri čemu vrednost sabiraka može da se menja. Tako na primer pri slobodnom padu tela, ono na početku kretanja raspolaže samo potencijalnom energijom (jer se nalazi na nekoj visini, a pošto miruje njegova kinetička energija je jednaka nuli), pa je ukupna energija tog tela u tom trenutku jednaka njegovoj potencijalonoj energiji. Kada telo počne da pada smanjuje se njegova potencijalna energija (jer se smanjuje visina na kojoj se telo nalazi) i raste njegova kinetička energija (jer se brzina tela povećava), ali njegova ukupna energija ostaje ista (zbir kinetičke i potencijalne energije). U trenutku udara o tolo, telo ima samo kinetičku energiju (potencijalna energija je jednaka nuli, jer se telo nalazi na nultoj visini), pa je ukupna energija tela u tom položaju jednaka njegovoj kinetičkoj energiji i jednaka je ukupnoj energiji u prethodna dva položaja. To znači da u toku slobodnog pada dolazi do prelaska potencijalne energije u kinetičku energiju, pi čemu zbir te dve energije ostaje stalan.
Kao kao ilustracija može da posluži sledeći primer: zamislite da je vaš desni džep potencijalna energija, a levi džep kinetička energija i da u desnom džepu (Ep) imate 20 dinara, a u levom džepu (Ek) 0 dinara, pa ukupno (E) imate 20 dinara (ukupan iznos je zbir 20 dinara i 0 dinara). Kada iz desnog džepa (Ep) prebacite u levi džep (EK) jedan dinar u desnom džepu (Ep) imaćete 19 dinara, a u u levom džepu (Ek) 1 dinar, a ukupan iznos (E) će ostati isti 20 dinara, pa kad prebacite još jedan dinar imaćete 18 u desnom, 2 u levom, a zbir i dalje ostaje 20 dinara...
Za razliku od slobodnog pada (i hica naniže), kod hica naviše odvija se obrnut proces - telo u trenutku bacanja ima samo kinetičku energiju koja se u toku kretanja smanjuje i prelazi u potencijalnu energiju koja se povećava.
Zakon održanja energije se može iskazati formulom:
